Мидың гиппокамп аймағындағы тісті жалбыр (Dentate Gyrus)

Кіріспе

Мидың гиппокамп аймағы

Дентатты гирус (DG) – мидың уақытша бөлігіндегі гиппокамп құрылымының бір бөлігі болып табылады, оған гиппокамп және суббикулум да кіреді. Дентатты гирус гиппокамптың үш байланысты схемасының құрамында болып, жаңа эпизодтық естеліктердің қалыптасуына және жаңа ортаны спонтанды зерттеуге үлес қосады деп саналады. Ол кеміргіштерден бастап приматтарға дейінгі көптеген сүтқоректілерде ересек жастағы нейрогенездің жоғары деңгейіне ие болатын сирек ми құрылымдарының бірі ретінде ерекше. Ересек жастағы нейрогенездің басқа да орындарына субвентрикулярлық аймақ, стриатум және мишақша жатады. Дегенмен, ересек адамның дентатты гирусында маңызды нейрогенездің болуы күмәнді мәселе болып қалып отыр.

Құрылымы

Дентатты гирус, гиппокамп сияқты, үш ерекше қабаттан тұрады: сыртқы молекулалық қабат, ортаңғы түйіршікті жасуша қабаты және ішкі полиморфты қабат. (Гиппокампта сыртқы қабат молекулалық қабат, ортаңғы қабат пирамидалық қабат, ал ішкі қабат – стратум ориенс). Полиморфты қабат сонымен қатар дентатты гирустың гилусы болып табылады (CA4, гиппокамп пен дентатты гирустың қосылысы). Түйіршікті қабат, оның үстіндегі молекулалық қабат пен оның астындағы гилус (полиморфты қабат) арасында орналасқан. Түйіршікті қабаттың түйіршік жасушалары CA3 пирамидалық нейрондарының дендриттерінде қоздырғыш синапстар құру үшін мохтық талшықтар деп аталатын аксондарын жібереді. Түйіршік жасушалары тығыз қабаттасып, нейрондардың қозғыштығын басады. Түйіршік жасушаларының кейбір базальды дендриттері молекулалық қабатқа қарай иіледі. Көптеген базальды дендриттер гилусқа еніп түседі. Бұл гиляр дендриттері қысқа және жіңішке, және олардың тармақтары аз. Гилустағы екінші қоздырғыш жасуша түрі – мүк жасушасы, бұл ерекше құрылым, олардың жасушалық таралуын кездейсоқ ету арқылы CA3-те деректерді іздеу рөліне жасушалық жиынтықты дайындау үшін болжам жасалған. Гилус пен түйіршік жасуша қабатының арасында субгранулярлық аймақ деп аталатын аймақ орналасқан, ол ересектердегі нейрогенез орыны болып табылады.

Трисинаптикалық схема

Трисинаптикалық тізбек энторинальды қабықтың II қабатындағы қоздырғыш жасушалардан (көбінесе жұлдыз тәрізді жасушалардан) тұрады, олар перфорантты жол арқылы тісшелік гипптің түйіршікті жасуша қабатына проекция жасайды. Тісшелік гипп басқа қабық құрылымдарынан тікелей сигналдар алмайды. Перфорантты жол энторинальды қабықтың медиальды және латеральды бөліктерінде пайда болатын медиальды және латеральды перфорантты жолдарға бөлінеді. Медиальды перфорантты жол түйіршікті жасушалардың проксимальды дендриттік аймағымен синапс жасайды, ал латеральды перфорантты жол олардың дистальды дендриттерімен синапс жасайды. Тісшелік гипптің көптеген латеральды көріністері бір құрылымнан тұратын сияқты көрінуі мүмкін, бірақ медиальды қозғалыс тісшелік гипптің вентральды және дорсальды бөліктерінің болуын көрсете алады. Түйіршікті жасушалардың аксондары, мохтық талшықтар деп аталады, CA3 және CA1 пирамидалық жасушаларымен қоздырғыш синапты байланыстар жасайды. Адамдарда түйіршікті жасушалар жүктіліктің 10,5-11 аптасында пайда бола бастайды және екінші және үшінші триместрде, содан кейін туғаннан кейін және ересек жасқа дейін пайда болып кете береді. Түйіршікті жасушалардың бастапқы көздері және олардың миграция жолдары егеуқұйрық миының даму кезінде зерттелді. Ең көне түйіршікті жасушалар гиппокамптың нейроэпителийінің белгілі бір аймағында пайда болады және эмбриональды күндердің (E) 17/18 шамасында бастапқы тісшелік гиппке миграция жасайды, содан кейін түйіршікті қабаттың ең сыртқы жасушалары ретінде орналасады. Содан кейін тісшелік прекурсорлық жасушалар гиппокамптың нейроэпителийінің осы аймағынан шығып, митоздық қабілетін сақтай отырып, тісшелік гипптің даму кезіндегі гилусқа (өзегіне) еніп кіреді. Осы тараған түйіршікті матрица осы кезден бастап түйіршікті жасушалардың көзі болып табылады. Жаңа пайда болған түйіршікті жасушалар түйіршікті қабатқа орналаса бастаған ескі жасушалардың астында жиналады. Түйіршікті жасушалар көбейген сайын қабат қалыңдайды және жасушалар жасына қарай тізіледі – ең ескісі ең беткейде, ал ең жасы – тереңде орналасады. Түйіршікті жасушалардың прекурсорлары тісшелік гипп өскен сайын жұқаратын субтүйіршікті аймақта қалады, бірақ бұл прекурсорлық жасушалар ересек егеуқұйрықтарда сақталады. Бұл сирек орналасқан жасушалар үнемі түйіршікті жасушалы нейрондарды жасайды, олар жалпы популяцияны молайтады. Егеуқұйрық, маймыл және адам тісшелік гипптерінде әртүрлі айырмашылықтар бар. Түйіршікті жасушаларда егеуқұйрықта ғана апоикальды дендриттер болады. Бірақ маймылдар мен адамдарда көптеген түйіршікті жасушаларда базальды дендриттер де болады.

The trisynaptic circuit consists of excitatory cells (mostly stellate cells) in layer II of the entorhinal cortex, projecting to the granule cell layer of the dentate gyrus via the perforant path. The dentate gyrus receives no direct inputs from other cortical structures. The perforant path is divided into the medial and lateral perforant paths, generated, respectively, at the medial and lateral portions of the entorhinal cortex. The medial perforant path synapses onto the proximal dendritic area of the granule cells, whereas the lateral perforant path does so onto their distal dendrites. Most lateral views of the dentate gyrus may appear to suggest a structure consisting of just one entity, but medial movement may provide evidence of the ventral and dorsal parts of the dentate gyrus. The axons of the granule cells called mossy fibres, make excitatory synaptic connections with the pyramidal cells of CA3 and CA1. In humans, it is estimated that granule cells begin to be generated during gestation weeks 10.5 to 11, and continue being generated during the second and third trimesters, after birth and all the way into adulthood. The germinal sources of granule cells and their migration pathways have been studied during rat brain development. The oldest granule cells are generated in a specific region of the hippocampal neuroepithelium and migrate into the primordial dentate gyrus around embryonic days (E) 17/18, and then settle as the outermost cells in the forming granular layer. Next, dentate precursor cells move out of this same area of the hippocampal neuroepithelium and, retaining their mitotic capacity, invade the hilus (core) of the forming dentate gyrus. This dispersed germinal matrix is the source of granule cells from that point on. The newly generated granule cells accumulate under the older cells that began to settle in the granular layer. As more granule cells are produced, the layer thickens and the cells are stacked up according to age—the oldest being the most superficial and the youngest being deeper. The granule cell precursors remain in a subgranular zone that becomes progressively thinner as the dentate gyrus grows, but these precursor cells are retained in adult rats. These sparsely scattered cells constantly generate granule cell neurons, which add to the total population. There are a variety of other differences in the rat, monkey and human dentate gyrus. The granule cells only have apical dendrites in the rat. But in the monkey and human, many granule cells also have basal dendrites.

Функция

Дентатты гирус естеліктердің қалыптасуына үлес қосады және депрессиядағы рөлі бар деп саналады. Гиппокамптың оқу және есте сақтаудағы рөлі көптеген ондаған жылдар бойы зерттелді, әсіресе 1950 жылдардың соңынан бастап, американдық еркекке жасалған операция нәтижесінде гиппокамптың көп бөлігі алынып тасталды. Гиппокамптың жаңа естеліктерді қалай қалыптастыратыны әлі толыққанды түсініксіз, бірақ мидың осы аймағында ұзақ мерзімді потенциация (LTP) деп аталатын процесс жүзеге асады. Сәйкесінше, жаңа туған түйіршік жасушаларының энторинальды қабықтың II қабатынан келіп жеткен аксондармен жаңа синаптық байланыстарды құруға бейім екендігі ұсынылды, осылайша оқиғалардың нақты жаңа жиынтығы эпизодтық естелік ретінде сақталады, алғашқыда жас түйіршік жасушаларындағы оқиғаларды тиісті жасқа сәйкес келу арқылы байланыстырады. Бұл тұжырымдама нейрогенездің жоғарылауының кеміргіштерде кеңістіктік естелікті жақсартумен байланысты екендігімен нығайтылады, бұл лабиринттегі өнімділік арқылы байқалады. Дентатты гирус алдын ала өңдеу бөлімі ретінде белгілі. CA3 субөрісі естелікті кодтауға, сақтауға және қайтаруға қатысса, дентатты гирус үлгілерді бөлуде маңызды. Бұл жаңа естеліктердің бұрын сақталған ұқсас ерекшеліктері бар естеліктердің араласуынсыз жеке кодталуын қамтамасыз етеді. Үлгілерді бөлу бір естелікті басқа сақталған естеліктерден ажырату қабілетін береді. Үлгілерді бөлу тіс тіркесінен басталады. Дентатты гирустағы түйіршік жасушалары бәсекелестік оқыту арқылы сенсорлық ақпаратты өңдейді және алдын ала бейнелеуді орындық өрістерді құру үшін жібереді. Орындық өрістер өте ерекше, себебі олар сезімдік сигналдың ұсақ өзгерістеріне жауап ретінде атыс жылдамдығын қайта карталауға және реттеуге қабілетті. Бұл ерекшелік үлгілерді бөлу үшін маңызды, себебі ол естеліктерді бір-бірінен ажыратады. Оның эпилепсиясы гиппокампты (сол және оң жарты шарлардың әрқайсысының жеке гиппокампы бар) хирургиялық жолмен алып тастау арқылы, сондай-ақ айналасындағы тіндердің бір бөлігін алып тастау арқылы емделді. Бұл ми тінін мақсатты түрде алып тастау Молайсон мырзаға жаңа естеліктер құруға мүмкіндік бермеді, және гиппокамп сол кезден бері естеліктердің қалыптасуы үшін маңызды деп есептеледі, бірақ осы процестердің мәні әлі анық емес. Стрестің физиологиялық әсерлері, көбінесе кортизол сияқты глюкокортикоидтардың бөлінуімен және симпатикалық жүйке жүйесінің (автономдық жүйке жүйесінің бөлігі) белсенділігімен сипатталады, приматтарда нейрогенез процесін тежейтіні көрсетілді. Эндогенді және экзогенді глюкокортикоидтар психоз бен депрессияны тудыруы мүмкін, бұл дентатты гирустағы нейрогенез стресс пен депрессия симптомдарын бақылауда маңызды рөл атқаратынын білдіреді.

The dentate gyrus is thought to contribute to the formation of memories, and to play a role in depression. The role of the hippocampus in learning and memory has been studied for many decades particularly since the late 1950s, following the results of surgery, in an American male, to remove most of the hippocampus. It remains unclear how the hippocampus enables new memory formation, but one process, called long term potentiation (LTP), occurs in this brain region. Correspondingly, it has been proposed that the immature, newborn granule cells are receptive to form new synaptic connections with the axons arriving from the layer II of the entorhinal cortex, this way a particular new constellation of events is remembered as an episodic memory by first associating the events in the young granule cells that have the appropriate, permissive age. This concept is reinforced by the fact that increased neurogenesis is associated with improved spatial memory in rodents, as seen through performance in a maze. The dentate gyrus is known to serve as a pre processing unit. While the CA3 subfield is involved in encoding, storage, and retrieval of memory, the dentate gyrus is important in pattern separation. This ensures that new memories are encoded separately without input from previously stored memories of similar feature, Pattern separation gives the ability to differentiate one memory from other stored memories. Pattern separation begins in the dentate gyrus. Granule cells in the dentate gyrus process sensory information using competitive learning, and relay a preliminary representation to form place fields. Place fields are extremely specific, as they are capable of remapping and adjusting firing rates in response to subtle sensory signal changes. This specificity is critical for pattern separation, as it distinguishes memories from one another. His epilepsy was treated with surgical removal of his hippocampi (left and right hemispheres each have their own hippocampus) as well as some surrounding tissue. This targeted brain tissue removal left Mr. Molaison with an inability to form new memories, and the hippocampus has been thought critical to memory formation since that time, though the processes involved are unclear. The physiological effects of stress, often characterized by release of glucocorticoids such as cortisol, as well as activation of the sympathetic nervous system (a division of the autonomic nervous system), have been shown to inhibit the process of neurogenesis in primates. Both endogenous and exogenous glucocorticoids are known to cause psychosis and depression, implying that neurogenesis in the dentate gyrus may play an important role in modulating symptoms of stress and depression.

Қандағы қант мөлшері

Колумбия университетінің медициналық орталығындағы зерттеушілердің зерттеулері қандағы глюкоза деңгейін тиімді басқара алмаудың мидың дентаттық гирусына зиян келтіріп, есте сақтау қабілетінің нашарлауына әкелуі мүмкін екенін көрсетеді.

Басқа

Тышқанда байқалған кейбір деректер дентатты гипп кампырындағы нейрогенездің аэробикалық жаттығуларға жауап ретінде артатынын көрсетеді. Көптеген тәжірибелер көрсеткендей, неврогенез (нервтік тіндердің дамуы) ересек кеміргіштердің дентатты гипп кампырында байытылған ортаға ұшырағанда көбінесе күшейеді.

Ғарыштық мінез-құлық

Зерттеулер көрсеткендей, тісті гирус жасушаларының шамамен 90% жойылғаннан кейін, егеуқырлар бұрын басып өткен лабиринттің ішінде қиындыққа тап болды. Лабиринтті үйрену қабілеттерін анықтау үшін бірнеше рет сынақтан өткізгенде, нәтижелер олардың жұмыс жадының күрт нашарлағанын көрсетті, жақсару байқалмады. Егеуқырлар орынға қатысты стратегияларды қолдануда қиналды, себебі олар лабиринт туралы алған білімді жұмыс жадына толық сіңіре алмады, сол себепті оны келесі сынақта қайтадан басып өтетін кезде еске түсіре алмады. Әр лабиринтке кірген сайын, егеуқырлар оны алғаш рет көріп тұрғандай мінез-құлық танытты.